基于能耗最优的无人机山地作业路径规划研究

发布时间：2023-03-02 20:01

　　无人机植保技术可有效提高丘陵山地区域的机械化水平,对农业的现代化和智能化发展具有推动作用。无人机植保作业的效果和效率直接关系到农业生产的成本和作物的产量与品质,影响到农民使用无人机进行生产作业的积极性。对于丘陵山地等地形复杂区域,人工操作无人机进行植保作业困难,难以保证作业效率和效果。因此,实现丘陵山地区域的植保无人机作业路径规划对提高植保作业效率、扩大无人机植保作业范围具有重要意义。本文针对现有植保无人机作业路径规划方法的不足之处,在分析丘陵山地区域无人机作业需求的基础上开展作业路径规划研究,针对无人机作业时的三维运动特点和自身能量消耗情况,获取无人机三维运动的能效约束参数,探寻基于能耗条件约束下的无人机作业能耗最优化路径规划方法。本文主要研究内容及结论如下:(1)构建了无人机三维运动模型。为了对无人机进行三维运动模型构建,首先设计并搭建了试验用电动四旋翼无人机,该无人机主要由机架、驱动电机、电子调速器、螺旋桨以及飞行控制器等几个部分组成,其对角电机距离为650mm,整体飞行姿态成“X”型。其次,针对搭建完成的无人机分析了其4种基本飞行姿态以及运动坐标系转换关系,并在此基础上完成了无...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 植保无人机研究现状
        1.2.2 无人机作业路径规划研究现状
    1.3 研究内容
    1.4 技术路线
    1.5 论文章节安排
第二章 无人机三维运动模型研究
    2.1 无人机总体设计
    2.2 无人机各模块选取与搭建
        2.2.1 无人机机架选型
        2.2.2 无人机驱动电机选型
        2.2.3 无人机电子调速器选型
        2.2.4 无人机螺旋桨选型
        2.2.5 无人机飞行控制器选型
        2.2.6 无人机整体搭建
    2.3 无人机运动分析
    2.4 无人机运动受力模型简化
    2.5 本章小结
第三章 无人机测试装置设计与搭建
    3.1 无人机能效测试装置总体设计
    3.2 无人机能效测试装置各模块设计与选型
        3.2.1 升力采集模块设计
        3.2.2 功率采集模块设计
        3.2.3 单片机选型
        3.2.4 无线模块选型
        3.2.5 测试平台搭建
    3.3 无人机能效测试装置软件开发
        3.3.1 测试部分单片机软件开发
        3.3.2 数据接收部分单片机软件开发
        3.3.3 上位机软件开发
    3.4 无人机测试装置校准试验
        3.4.1 功率测量校准试验
        3.4.2 升力测量校准试验
    3.5 无人机偏航能耗测试装置总体设计
    3.6 角速度传感器选型
    3.7 无人机偏航能耗测试装置软件设计
        3.7.1 单片机软件设计
        3.7.2 上位机软件设计
    3.8 本章小结
第四章 无人机运动参数获取与模型拟合
    4.1 无人机能效测试及数据处理
    4.2 无人机功率与升力关系模型拟合
    4.3 无人机偏航能耗测试数据处理
    4.4 本章小结
第五章 基于能耗最优的无人机路径规划研究
    5.1 作业目标模型构建
    5.2 路径规划约束参数获取
    5.3 作业路径规划问题构建
    5.4 无人机路径规划算法设计
    5.5 基于能耗约束的作业路径规划研究
        5.5.1 常规作业路径规划结果
        5.5.2 最短路径规划结果
        5.5.3 最优能耗路径规划结果
        5.5.4 路径规划结果分析
    5.6 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
附录
参考文献
致谢
个人简历



本文编号：3752540